Преобразователь постоянного тока в переменный ток

Авторы патента:

Клименко Юрий Иванович (RU)

Чупин Яков Владимирович (RU)

Хрусталев Павел Иванович (RU)

Перфильев Константин Степанович (RU)

Кузнецов Николай Александрович (RU)

H02M7/5387 - в мостовой схеме

Владельцы патента RU 2523698:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)

Изобретение относится к преобразователям электрической энергии, конкретно к автономным инверторам напряжения и может быть использовано во вторичных источниках питания в общепромышленной технике, а так же в преобразователях собственных нужд для локомотивов на железнодорожном транспорте. Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных размеров преобразователя. Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь постоянного тока в переменный ток, содержащий источник постоянного напряжения с конденсатором на выходе, мостовой инвертор напряжения, состоящий из четырех ключей, каждый из которых состоит из транзистора и обратного диода, выводы постоянного тока которого соединены с выходом источника постоянного напряжения, а выводы переменного тока подключены к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, систему управления, кроме этого в магнитопровод трансформатора встроен датчик Холла, выход которого подключен к входу системы управления, выходы которой подключены к входам первого и второго драйверов, каждый из которых управляет двумя последовательно включенными ключами мостового инвертора напряжения. 1ил.

Изобретение относится к преобразователям электрической энергии, конкретно к автономным инверторам напряжени, и может быть использовано во вторичных источниках питания в общепромышленной технике, а также в преобразователях собственных нужд для локомотивов на железнодорожном транспорте.

Известен статический преобразователь, содержащий полумостовой транзисторный инвертор, состоящий из конденсаторного делителя напряжения контактной сети и двух транзисторов, трансформатора, первый вывод первичной обмотки которого подключен к средней точке конденсаторного делителя напряжения, второй вывод - к эмиттеру первого и коллектору второго транзисторов, а вторичная обмотка подключена к нагрузке регулятора напряжения и ШИМ-контроллера, первый выход которого соединен с управляющими цепями первого транзистора, второй выход соединен с управляющими цепями второго транзистора, а вход - с выходом регулятора напряжения (RU, патент №2314939, B60L 9/04, B60L 01/00, 2008 г.).

Недостатком данного статического преобразователя является в два раза меньшая мощность на выходе при использовании одинаковых силовых транзисторов, обусловленная использованием в нем полумостовой схемы транзисторного инвертора.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является однофазный мостовой транзисторный инвертор, принятый за прототип, содержащий транзисторы, источник питания со сглаживающим конденсатором на выходе, нагрузку, преимущественно трансформаторного типа, подключенную через конденсатор к диагонали переменного тока упомянутого однофазного мостового транзисторного инвертора, а также содержащий датчик тока нагрузки, соединенный выходом с системой управления и защиты, датчик сквозных токов, выполненный в виде четырехобмоточного насыщающегося трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к соответствующему входу системы управления и защиты (RU, патент №2168825, Н02Н 7/22, Н02М 7/5387, 2001 г.).

Недостатком прототипа являются большие массогабаритные размеры датчика сквозных токов и силового конденсатора в цепи первичной обмотки трансформатора, рассчитанных на полный ток обмотки трансформатора.

Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных размеров преобразователя.

Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь постоянного тока в переменный ток, содержащий источник постоянного напряжения с конденсатором на выходе, мостовой инвертор напряжения, состоящий из четырех ключей, каждый из которых состоит из транзистора и обратного диода, выводы постоянного тока которого соединены с выходом источника постоянного напряжения, а выводы переменного тока подключены к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, систему управления, кроме этого в магнитопровод трансформатора встроен датчик Холла, выход которого подключен к входу системы управления, выходы которой подключены к входам первого и второго драйверов, каждый из которых управляет двумя последовательно включенными ключами мостового инвертора напряжения.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя постоянного тока в переменный ток.

Преобразователь постоянного тока в переменный ток, содержит источник постоянного напряжения 1 с конденсатором 2 на выходе, мостовой инвертор напряжения 3, состоящий из четырех ключей 4-7, каждый из которых состоит из транзистора 8 и обратного диода 9, выводы постоянного тока которого соединены с выходом источника постоянного напряжения 1, а выводы переменного тока подключены к первичной обмотке 10 трансформатора 11, вторичная обмотка 12 которого подключена к нагрузке 13, систему управления 14, датчик Холла 15, встроеный в магнитопровод трансформатора 11 и выход которого подключен к входу системы управления 14, выходы которой подключены к входам первого и второго драйверов 16, 17. Драйверы 16, 17 управляют соответственно последовательно включенными ключами 4,5 и 6,7 мостового инвертора напряжения 3.

Магнитопровод трансформатора 11 выполнен разрезным поперек направления линий магнитной индукции. На поверхности разреза выполнено углубление, в которое устанавливают датчик Холла 15. Датчик Холла 15 преобразует индукцию магнитного поля трансформатора 11 в напряжение, знак и величина которого зависит от полярности и силы магнитного поля.

Драйвера 16, 17 усиливают по мощности сигналы с системы управления 14, а также осуществляет гальваническую развязку между силовыми цепями мостового инвертора напряжения 3 и слаботочными цепями системы управления 14. Кроме этого, драйвера 16,17 осуществляют мониторинг падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзисторов 8 ключей 4-7.

В качестве транзисторов 8 могут быть использованы IGBT-транзисторы или транзисторы структуры MOSFET. Обратные диоды 9 защищают транзисторы 8 в моменты выключения от обратных напряжений.

Преобразователь постоянного тока в переменный ток работает следующим образом.

Включают источник постоянного напряжения 1 с конденсатором 2, постоянное напряжение которого подается на выводы постоянного тока мостового инвертора напряжения 3, состоящего из четырех ключей 4-7, каждый из которых состоит из транзистора 8 и обратного диода 9. Выводы переменного тока мостового инвертора напряжения 3 подключают к первичной обмотке 10 трансформатора 11, в магнитопровод трансформатора 11 встроен датчик Холла 15, выход которого подключен к входу системы управления 14. Очередность включения ключей 4-7 осуществляют системой управления 14. Системой управления 14 формируют два противофазных сигнала управления и подают соответственно на входы драйверов 16,17. Каждым из драйверов 16,17 управляют двумя последовательно включенными ключами 4,5 и 6,7 мостового инвертора напряжения 3. При включении ключа 4(6), выключают ключ 5(7) и наоборот. Напряжение источника постоянного напряжения 1 преобразуют в переменное напряжение одновременным включением ключей 4,7 (6,5) и выключением ключей 6,5 (4,7). При этом ток через первичную обмотку 10 трансформатора 11 полпериода управляющего сигнала течет в одну сторону и полпериода в другую, перемагничивая магнитопровод трансформатора 11 по симметричной петле гистерезиса. Датчиком Холла 15 индукцию магнитного поля преобразуют в двухполярное импульсное напряжение, которое поступает в систему управления 14. Вследствие неидентичности характеристик транзисторов 8 ключей 4-7, в частности времен включения и выключения транзисторов 8, в переменном токе первичной обмотки 10 трансформатора 11 появляется постоянная составляющая тока, которая намагничивает магнитопровод трансформатора 11. При этом датчик Холла 15 формирует двухполярное импульсное напряжение со смещением в положительное или отрицательное значение. Системой управления 14 путем фильтрации выделяют постоянную составляющую выходного напряжения с датчика Холла 15 и в зависимости от знака постоянной составляющей увеличивают или уменьшают скважность импульсов управления. Процесс регулирования осуществляют до тех пор, пока постоянная составляющая выходного напряжения с датчика Холла 15 не станет равной нулю.

Драйверами 16, 17 не только включают ключи 4-7, но и осуществляют мониторинг состояния транзисторов 8. При сквозном токе через ключи 4,5 (6,7) падение напряжения на переходах коллектор-эмиттер транзисторов 8 превысит допустимое значение и драйвер 16 (17) блокирует импульсы управления с передачей сигнала аварии в систему управления 14.

Применение датчика Холла 15 и драйверов 16,17 позволяют исключить из конструции преобразователя постоянного тока в переменный ток крупногабаритные датчик сквозного тока и силовой конденсатор.

Предлагаемый преобразователь постоянного тока в переменный ток испытан и будет реализован в преобразователе собственных нужд опытного магистрального газотурбовоза ГТ1h - 002.

Преобразователь постоянного тока в переменный ток, содержащий источник постоянного напряжения с конденсатором на выходе, мостовой инвертор напряжения, состоящий из четырех ключей, каждый из которых состоит из транзистора и обратного диода, выводы постоянного тока которого соединены с выходом источника постоянного напряжения, а выводы переменного тока подключены к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, систему управления, отличающийся тем, что в магнитопровод трансформатора встроен датчик Холла, выход которого подключен к входу системы управления, выходы которой подключены к входам первого и второго драйверов, каждый из которых управляет двумя последовательно включенными ключами мостового инвертора напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах БП и обратных преобразователях Технический результат - повышение надежности и эффективности для пользователей и поставщиков.

Мостовой преобразователь напряжения // 2510864

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах регулирования мощности, передаваемой в нагрузку. Технический результат - повышение энергетической эффективности и надежности.

Способ и система беспроводного управления переключающими устройствами сети электропитания // 2510124

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления множеством силовых преобразователей, в частности электронных частотных преобразователей, посредством беспроводной связи.

Вентильный преобразователь переменного тока с распределенными тормозными сопротивлениями // 2506691

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах и высоковольтной технике. Техническим результатом является повышение надежности за счет исключения полного отказа установки, использующей вентильный преобразователь.

Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство // 2485678

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Трехфазный инвертор со звеном постоянного тока и способ управления им // 2479915

Однофазный полумостовой транзисторный инвертор // 2470451

Изобретение относится к электротехнике, а именно к однофазным полумостовым транзисторным инверторам, предназначено для использования в электротехнической промышленности и может применяться в различных вторичных источниках питания, например в электросварочных аппаратах, зарядных устройствах, источниках тока с высокой стабилизацией выходного выпрямленного тока и т.п.

Способ управления тяговым асинхронным приводом // 2466883

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе с тяговыми асинхронными двигателя, питающимися от контактной сети постоянного тока, в частности на электроподвижном составе вагонов метрополитена.

Способ управления четырехквадрантным преобразователем электровоза // 2464621

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного тока в постоянный с последующим преобразованием в переменный для питания электроприводов электровозов переменного тока.

Преобразовательное устройство для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора и способ управления преобразовательным устройством для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора // 2460246

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Трехфазный источник бесперебойного питания большой мощности // 2529017

Изобретение относится к трехфазному источнику бесперебойного питания. Технический результат заключается в осуществлении заявленного изобретения без использования ступенчатого изменения в работе двух преобразователей электроэнергии так, чтобы на нагрузку могла подаваться стандартная трехфазная электроэнергия. Для этого заявленная схема преобразователя электроэнергии, содержащая вход, включающая множество входных линий, каждая из которых предназначена для соединения с фазой многофазного источника электроэнергии переменного тока, имеющей синусоидальный сигнал; множество шин постоянного тока, включающее первую положительную шину постоянного тока, имеющую первое номинальное напряжение постоянного тока, вторую положительную шину постоянного тока, имеющую второе номинальное напряжение постоянного тока, первую отрицательную шину постоянного тока, имеющую третье номинальное напряжение постоянного тока, и вторую отрицательную шину постоянного тока, имеющую четвертое номинальное напряжение постоянного тока; схему преобразователя электроэнергии, включающую первый преобразователь электроэнергии и второй преобразователь электроэнергии, каждый из которых соединен с входом переменного тока и по меньшей мере одной из множества шин постоянного тока. 3 н. п. ф - лы, 17 з. п. ф - лы, 16 ил.

Устройство преобразования мощности // 2543502

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях мощности. Технический результат - повышение коэффициента мощности и коэффициента полезного действия. Звено (3) DC содержит конденсатор (3а), подключенный параллельно выходу схемы (2) преобразователя, и выдает пульсирующее напряжение (vdc) звена DC. Схема (4) инвертора преобразует выход звена (3) DC в АС путем коммутации и подает АС в подключенный к ней двигатель (7). Контроллер (5) управляет коммутацией схемы (4) инвертора таким образом, что токи (iu, iv и iw) двигателя пульсируют синхронно с пульсацией напряжения (vin) питания. Контроллер (5) управляет коммутацией схемы (4) инвертора в соответствии с нагрузкой двигателя (7) или рабочим состоянием двигателя (7) и снижает амплитуду пульсации токов (iu, iv и iw) двигателя. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Автономный инвертор напряжения // 2549206

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в системах регулируемого электропривода переменного тока и в системах вторичного электропитания. Технический результат заключается в разработке автономного инвертора напряжения, позволяющего снизить потери мощности за счет обеспечения минимального сопротивления цепи, по которой протекает ток каждой фазы, при сохранении низкого уровня высших гармоник напряжения на фазах двигателя. Для этого заявленное устройство содержит первый электрический мост из трех параллельно соединенных полумостов, выполненных из нескольких последовательно соединенных транзисторов, зашунтированных обратными диодами, второй шестиплечевой электрический мост, представляющий собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, и делитель напряжения из трех последовательно соединенных конденсаторов. Первый и четвертый выходы делителя напряжения подключены к входам первого электрического моста, а второй и третий его выходы - к входам второго электрического моста. Выходы одноименных полумостов первого и второго мостов соединены между собой и подключены к соответствующей фазе двигателя. 1 ил.

Двухтактный мостовой преобразователь напряжения // 2553660

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и является устройством, реализующим энергетически эффективный импульсный способ регулирования мощности, передаваемой в нагрузку. Технический результат - повышение энергетической эффективности и надежности. Устройство представляет собой двухтактный мостовой преобразователь напряжения, который содержит транзисторы (силовые управляемые ключи), образующие транзисторную мостовую схему, и двухполюсник нагрузки транзисторной мостовой схемы. Первый и второй транзисторы транзисторной мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют первую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания. Третий и четвертый транзисторы транзисторной мостовой схемы, соединенные последовательно, образуют вторую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания. Средние точки первой и второй транзисторных цепей являются соответственно первым и вторым выводами выходной цепи транзисторной мостовой схемы, и с ними соединены первый и второй выводы двухполюсника нагрузки транзисторной мостовой схемы. Первый и второй транзисторы управляются парафазными импульсными сигналами первой их последовательности, а третий и четвертый транзисторы управляются парафазными импульсными сигналами второй их последовательности. Вторая последовательность парафазных импульсных сигналов сдвинута по времени относительно первой последовательности. Поставленные цели достигаются тем, что введены дополнительно дроссели и С-цепи, содержащие конденсаторы. Первый вывод обмотки первого дросселя непосредственно соединен с первым выводом выходной цепи транзисторной мостовой схемы, а второй вывод обмотки первого дросселя подключен к шинам питания или к шине питания через конденсаторы или конденсатор первой С-цепи. Первый вывод обмотки второго дросселя непосредственно соединен со вторым выводом выходной цепи транзисторной мостовой схемы, а второй вывод обмотки второго дросселя подключен к шинам питания или к шине питания через конденсаторы или конденсатор второй С-цепи. В первом варианте схемы предлагаемого устройства введены дополнительные конденсаторы, и в первой и второй транзисторных цепях каждый из содержащихся в них транзисторов или один из них шунтирован соответствующим дополнительным конденсатором. Во втором варианте схемы предлагаемого устройства введены дополнительные диоды. Второй вывод обмотки первого дросселя подключен к первой и второй шинам питания через соответственно первый и второй дополнительные диоды. Второй вывод обмотки второго дросселя подключен к первой и второй шинам питания через соответственно третий и четвертый дополнительные диоды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Трехфазный инвертор со звеном постоянного тока и способ управления им // 2556035

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц. Техническим результатом является снижение коэффициента гармоник в 1,8 раз при изменении cosφн от 1,0 до 0,6 во всем диапазоне изменения нагрузки при частотах 400 и 200 Гц. Результат достигается тем, что общий вывод вспомогательных ключей присоединен к средней точке, образованной двумя фильтровыми конденсаторами источника постоянного тока, причем в качестве вспомогательных ключей применены силовые модули на совмещенных (IGBT) транзисторах, управляющие входы которых подключены к выходам дешифраторов управляющих импульсов вспомогательных ключей, а входы подключены к выходам соответствующих дешифраторов основных ключей; между общим выводом вспомогательных ключей и средней точкой фильтровых конденсаторов может быть включен дополнительный конденсатор; длительность включенного состояния вспомогательных ключей соответствующих фаз инвертора при cosφн=0,98 и ниже задают 0,06Т, а при cosφн=0,98÷1,0 задают 0,052Т. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ управления преобразователем // 2570894

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени. В способе управления преобразователем, содержащем преобразовательный блок (1) и трансформатор (2) с по меньшей мере одним комплектом (3) из первичной обмотки (4) и вторичной обмотки (5), причем преобразовательный блок (1) со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой (4) соответствующего комплекта (3) обмоток, для компенсации нежелательного магнитного насыщения трансформатора (2) к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) целенаправленно прикладывается постоянное напряжение (ucomp). 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Масштабируемый по мощности и частоте инвертор // 2576249

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в инверторе для предоставления масштабируемого по частоте выходного сигнала инвертора, в особенности с высокой выходной мощностью. Технический результат - создание инвертора с низкими затратами для высоких напряжений или высоких мощностей. Инвертор содержит схему управления (12) для управления частотой выходного сигнала инвертора согласно задаваемому значению. Схема управления (12) в соответствии с изобретением выполнена таким образом, чтобы для генерации сигнала со значением частоты, заданным для выходного сигнала инвертора, вызывать смещение по времени сигналов и наложение сигналов для получения сигнала со значением частоты, заданным для выходного сигнала инвертора. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фазосдвигающий инверторный преобразователь // 2577535

Настоящее изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, в частности, для создания источников питания с увеличенной выходной мощностью, малыми потерями и улучшенными параметрами электромагнитной совместимости. Технический результат достигается тем, что фазосдвигающий инверторный преобразователь, содержащий ведущий и ведомый полумостовые инверторы, трансформатор содержит дроссель насыщения, который последовательно соединен с первичной обмоткой трансформатора, образуя последовательную цепь, подключенную между выходами ведущего и ведомого полумостовых инверторов, первый последовательный колебательный контур, состоящий из первой емкости и первого дросселя, подключенного к выходу ведущего полумостового инвертора, причем дроссель насыщения может быть подключен к выходу ведущего полумостового инвертора, а первичная обмотка трансформатора подключена к выходу ведомого полумостового инвертора, или дроссель насыщения может быть подключен к выходу ведомого полумостового инвертора, а первичная обмотка трансформатора подключена к выходу ведущего полумостового инвертора. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Трехфазный z-инвертор // 2578042

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропривода и электроснабжения. Трехфазный Z-инвертор, содержащий мостовой инвертор напряжения с ШИМ и повышающее импедансное звено, состоящее из первой индуктивности, один конец которого является положительным входом трехфазного Z-инвертора, а второй конец соединен с анодом диода, второй индуктивности, подключенной одним концом к катоду диода, а вторым концом - к положительному входу мостового инвертора, первого конденсатора, подключенного положительным полюсом ко второму концу первой индуктивности и аноду диода, а отрицательным - ко второму концу второй индуктивности и к положительному входу мостового инвертора напряжения, второго конденсатора, подключенного положительным полюсом к катоду диода, коллектору силового транзистора и первому концу второй индуктивности, а отрицательным - к отрицательному входу трехфазного Z-инвертора, соединенного с отрицательным входом мостового инвертора напряжения, третьего конденсатора, подключенного параллельно входу трехфазного Z-инвертора, и третьей индуктивности, подключенной одним концом к аноду диода, а вторым - к эмиттеру силового транзистора. Технический результат состоит в ограничении выходного напряжения Z-инвертора в режиме холостого хода. 7 ил.

Многоступенчатый преобразователь напряжения (варианты) // 2584876

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах с регулируемой скоростью, ветровых турбогенераторах и в системах распределения электрической энергии. Техническим результатом является упрощение при управлении преобразователем. Многоуровневый преобразователь напряжения содержит многоточечный преобразовательный контур и по меньшей мере один мостовой инвертор. Многоточечный преобразовательный контур выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения в промежуточное многоуровневое напряжение. Мостовой инвертор электрически подключен последовательно с многоточечным преобразовательным контуром и сконфигурирован для получения промежуточного многоуровневого напряжения, чтобы вырабатывать многоуровневое выходное напряжение, соответствующее однофазному выходу. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.